-
Die vorgeschlagene Vorrichtung wird in einem physikalischen, chemischen Prozess-Schritt eingesetzt, das für den Einsatz bei bestimmten Lebensmitteln wie Sprossen-/Keimlinge, Salate – generell Gemüse in unterschiedlichen Formen, aber auch in der Fleisch- und Geflügelindustrie wie für Schlachtkörper z. B. für Hähnchen und Würste u. v. a. m. gedacht ist.
-
Das Verfahren zielt besonders ab auf die Eliminierung bzw. Inaktivierung von gram-Keimen wie z. B. Pseudomonaden, Legionellen, Campylobacter, Enterobaktrien wie auch E. coli, Salmonellen usw. die Verderbnis-Erreger sind – aber auch andere Keime werden inaktiviert. Die Vorrichtung ist nur für Produkte geeignet, die bei einer Waschung durch Wasser nur bedingt kleine oder keine Mengen von Wasser selbst aufnehmen.
-
Stand der Technik
-
Bisherige Techniken einer Desinfektion von Lebensmitteln setzen nach K. H. Wallhäusser (Praxis der Sterilisation Desinfektion und Konservierung) Autoklavieren, ultra hohe Erhitzung (UHT) oder Pasteurisation, Strahlenpasteurisierung wie UV oder Gamma-Strahlung, Begasung, Ultraschall, hochfrequente Wechselfelder, Darstellung von anorganischen Bioziden wie Ozon, Chlordioxid oder HOCl durch unterschiedliche Verfahren oder auch Einsatz von Desinfektionsmitteln wie organische Wirkstoffe. Die Liste der Verfahren mit allen Varianten ist lang. Nachteil dieser Technologien sind teilweise hoher apparativer Aufwand oder hohe Energiekosten, sowie oft entscheidend durch hohe Zehrung keine ausreichende Desinfektion. Auch sind viele Verfahren z. B. Silberdesinfektion nicht direkt auf Lebensmitteln anwendbar, da nicht zugelassen.
-
Bei Waschverfahren die eine Inaktivierung von Keimen an der Oberfläche von Produkten herbeiführen sollen, werden die Ziele kaum oder nur schlecht erreicht.
-
Lösungen von Stoffen in z. B. Trinkwasser zur Desinfektion unterliegen einer bestimmten Zulassung, die bei Trinkwasser genau definiert ist und für aktives Chlor z. B. in Form von unterchloriger Säure (HOCl) nur in Konzentrationen von 0,1 bis 0,3 ppm (mg/l) eingesetzt werden darf. Das bedeutet prinzipiell, dass nur Trinkwasser nach der Trinkwasser-Verordnung (TVO) bei der Waschung von Keimlingen, Salaten, Würstchen usw. eingesetzt werden darf. Es besteht generell die Gefahr, dass Stoffe die sich im Wasser befinden in das Lebensmittel aufgenommen werden können oder auch wenn der Kontakt zu Wasser zu lange besteht, Wasser selbst in das Produkt aufgenommen werden kann. Darum sind Stoffe die nicht zugelassen sind oder Konzentrationen von zugelassenen Stoffen die ein Limit übersteigen unzulässig.
-
Oft kommen auch biozide Stoffe zum Einsatz, die sofort bei Kontakt mit organischem Material gezehrt werden oder in zu hoher Konzentration selbst eine Reaktion mit dem Wachgut eingehen können, was unerwünscht ist.
-
Da sich oft Biofilme auf Oberflächen von Lebensmitteln befinden, die relativ schlecht in kurzer Zeit ablösbar bzw. abbaubar sind und organische Stoffe gleichzeitig eine hohe Zehrung von Desinfektionsstoffen beinhalten, kann nur eine Methode bzw. Vorrichtung zum Einsatz kommen, die diese Schwierigkeit lösen kann. Besonders bei Schnittsalaten, wo Zellsaft ausläuft ist eine Desinfektion und Reduktion von Keimen auf maximal etwa 10 bis 100 Keime/ml bzw. g nur mit 5 Waschstufen von jeweils 5 Minuten Dauer in einer Konzentration von 200 ppm aktives Restschlor erreichbar war. Hierbei leidet die Textur des Salats der zu welch wird und zu stark nach Chlor riecht und damit ungeniessbar wird.
-
Die Vorrichtung hat die Aufgabe unter Einhaltung der gesetzlichen Auflagen, wie Trinkwasserverordnung eine bessere und schnellere Keimreduktion herbeizuführen, welche das Lebensmittel in Qualität und Geschmack nicht beeinflusst, aber die äussere mikrobielle Kontamination deutlich in kurzer Zeit reduziert bzw. entfernt. Diese Keimreduktion wird in der Anwendung und Ausführung nur durch die Textur, Konsistenz, Form, Art des Lebensmittels beeinflusst oder beschränkt.
-
Als Lösung der Aufgabe werden unterschiedliche Effekte, die durch die Vorrichtung möglich werden, miteinander kombiniert. Die Effekte die auftreten sind begründet in der Konstruktion der Vorrichtung und sind im Einzelnen:
- 1 Erzeugung von Turbulenz beim Einfüllen im Trichter und Behandeln im Rohrsystem bei gleichzeitiger Zuführung von Wasser mit Waschgut;
- 2 dadurch Erzeugung von mechanischen, abrasiven Effekten zur besseren Ablösung von Mikroben/Biofilmen von der Oberfläche des Waschgutes;
- 3 Reduktion der Oberflächenspannung des eingesetzten Wassers durch Salzzugabe, mit schnellerer und besserer Benetzung des Waschgutes bei Erhöhung der Leitfähigkeit, der in höherer Salzkonzentration zu einem osmotischen Schock führen kann und elektrolytische Bedingungen bei vorhandenem Elektrodenabstand verbessert;
- 4 vollständige Benetzung während der gesamten Kontaktzeit mit Wasser;
- 5 Aufbau und Wirkung eines elektrischen- und magnetischen Feldes mit Beeinflussung von Mikroorganismen mit Potential-Differenz zwischen zwei Elektroden;
- 6 Kontakt von abgelösten Mikroben in wässriger Matrix an Elektroden und dessen Inaktivierung durch direkten Elektronentransfer;
- 7 durch elektrolytische Bedingungen initiierten pH-Gradienten der Mikroorgnismen beeinflusst;
- 8 Anlegen von 50 Hz Polaritätswechsel pro Sekunde zeigt für Mikroorganismen letale Effekte in wässriger Matrix;
- 9 Erzeugung von Desinfizenzien/anorganischen Bioziden wie HOCl mit DSA-Elektroden, die eine Zehrung im System durch CSB-/COD ausgleichen, da mit behandeltem Trinkwasser im Konzentrationsbereich von 0,1 bis 0,3 ppm aktives Rest-Chlor die Vorrichtung beschickt wird und eine Depotwirkung eine Reinfektion vermeidet.
- 10 Beeinflussung des Membranpotentials von Bakterien – besonders gramnegativer Keime.
-
Die Vorrichtung besteht aus 1 m langen Rohrsegmenten, die durch Flansche miteinander verbunden werden können. Das Rohrsystem kann beliebig verlängert werden, wobei die Behandlungszeit proportional ansteigt. Die Rohrsegmente bestehen aus einem Kunststoffrohr mit vorzugsweise einem inneren Durchmesser nicht über 15 cm, wobei eine ausreichende Wandstärke von z. B. 10 bis 25 mm vorgesehen ist.
-
Es sollte ein Kunststoff gewählt werden der biokompatibel ist und für Wasser und Lebensmittel zugelassen ist. z. B. PP (Polypropylen).
-
An zwei im Rohr gegenüberliegenden Seiten werden innen im Rohr zwei angepasst, gekrümmte Elektroden-Bleche installiert. Ein Elektrodenblech beträgt in der Höhe etwa ein Drittel des inneren Kreissegments, also z. B. 147 mm Höhe und hat eine Länge von 900 mm. Im Schnittpunkt der Diagonalen, also Blechmitte befindet sich eine 8 mm Bohrung und an den je vier Ecken je im 2 bis 3 cm Abstand zu jeder Seite je eine 4 mm Bohrung. Die 8 mm Bohrungen sind in Opposition in 180° im Kunststoffrohr auf beiden Seiten angebracht und dienen zur Aufnahme einer M 8 Schraube. Die Elektrodenbleche die im Rohr installiert werden, haben zu jedem Ende 5 cm Abstand vom Flansch und liegen flach und eng im Rohrinneren an.
-
Die Elektrodenbleche haben vorzugsweise eine Dicke von 1 mm und sind am Anfang gegen die Strömungsrichtung mit einer Phase versehen, um zu verhindern, dass sich Waschgut festsetzen kann. Die Schrauben die von der gekrümmten Innenseite nach aussen durchgesteckt werden, haben eine strömungsgünstige Form z. B. Linsenkopf mit Innen-Sechskant. Hier werden für die äusseren Bohrungen von 4 mm und für die 8 mm Bohrung Dichtungsringe zur Abdichtung aus einem oxidationsbeständigem Polymer-Material gewählt, wie z. B. Viton oder EPDM.
-
Dieser Dichtring wird in einer Ansenkung bzw. Phase im Kunststoffrohr aussen eingelegt und mit einer korrosionsbeständigen Unterlegscheibe z. B. aus Titan oder V4A-Stahl beim Anschrauben eingepresst.
-
Die Vorrichtung verwendet im Inneren als Elektrodenblech legierte Stähle mit Zuschlägen aus Tantal, Vanadium, Nickel, Niob, Titan usw., sowie reine Bleche aus Titan und DSA-Elektroden auf Titanbasis mit bekannten Mischoxiden aus Ruthen, Iridium, Tantal oder beispielsweise mit Platin beschichtet auf der aktiven Innenseite. Die Aneinanderreihung von Segmenten mit Elektrodenblechen beginnen am Strömungsanfang mit einer Eisenlegierung gefolgt von Titanblechen und beispielsweise am Ende von 5 Segmenten mit einer DSA-Elektrode.
-
Es wird durch entsprechend dimensionierte Kabel mit Kabelschuh auf kurze Distanz von wenigen Metern eine Wechselspannung im unteren Bereich von beispielsweise 36, 48 oder 60 Volt angelegt mit einer Frequenz von 50 bis 60 Hz wobei beide Elektrodenbleche in Opposition angeschlossen werden. Aufgrund von Feldstärken bzw. Stromdichte-Berechnungen wird die Leitfähigkeit des durchfliessenden Wassers in Trinkwasserqualität durch Zugabe von Salz in der Leitfähigkeit über 1000 μS/cm bei Raumtemperatur erhöht. Zur Aufsalzung sind nur Salze erlaubt die für Lebensmittel zugelassen sind.
-
Die Vorrichtung wird gespeist durch einen gut dimensionierten Trichter der sich auf einem Rohrstutzen in 2 bis 3 m Höhe befindet, wobei das Waschgut mit Wasser unter leichtem Druck vermischt wird und durch die anschliessenden Rohrsegmente geführt wird.
-
Ein Rohrsystem von 25 m Länge mit einem Wasserinhalt von etwa 0,5 m3 und eine Flussgeschwindigkeit von etwa 0,5 bis 0,7 m/s bietet gut Standardkonditionen um bei Einspeisung mit durch Elektrolyse behandeltem Wasser nach der Trinkwasser-Verordnung (0,1–0,3 ppm) gute Keimreduktionsraten von maximal 10 bis 100 Keimen (KbE) pro g Produkt. Im Rohrsystem wird aufgrund der Oberfläche des Waschguts, des spezifischen Gewichtes ein Auftrieb erzeugt, welcher bei der angegebenen Strömungsgeschwindigkeit eine Art von Turbulenz erzeugt. Eine Rückführung von unbehandeltem, mit CSB/DOC belastetem Trinkwasser ist kontraproduktiv und führt nicht zur Erreichung der angestrebten Keimobergrenzen.
-
Das Waschgut wird hierbei durch die elektrischen Felder geführt. Im einfachsten Fall wird eine Waschapparatur eingesetzt, die mechanisch Einfluss auf das Waschgut nimmt und ein elektrisches- bzw. elektromagnetisches Feld innerhalb der Waschmaschine aufgebaut wird, um eine Art von Elektroporation/Elektropermeation in abgeschwächter Form, zu erzeugen. Hierdurch werden primär erst gram-negative Keime stimuliert, die bei Eintritt von bioziden Stoffen eine Lyse ermöglicht. Ein weiterer Haupteffekt liegt aber in der Beeinflussung des Membran-Potentials. Durch Anwendung der vorgeschlagenen Vorrichtung werden in diesem Prozess bisher störende Begleiteffekte wie hoher CSB- und DOC-Wert, die sofort Desinfizenzien zehren, ausser Kraft gesetzt und eine Zehrung von Desinfizenzien, die eine erfolgreiche Desinfektion unmöglich machten, überwunden. Durch eine Massnahme der Prozesswasserbehandlung zur Absenkung des CSB- und DOC-Wertes, mit gleichzeitiger Desinfektion – zeitnah, ist ein wirtschaftliches Verfahren durch die vorgeschlagene Vorrichtung möglich geworden. Weiterhin soll das Verfahren kostengünstig und umweltfreundlich arbeiten.
-
Das vorher von Schmutz-Partikeln und Insekten gereinigte Produkt wie Gemüse und Obst wird einer klassischen Vorwäsche unterzogen, bevor es in die vorgeschlagene Vorrichtung gegeben wird. Das Vor-Wasch-System wird mit elektrolytisch behandeltem Trinkwasser (nach TVO) beschickt und reduziert so gleichzeitig den CSB-/DOC-Wert. Bei der im Rohrsystem angegebenen Flussgeschwindigkeit bzw. Strömung in m/s würde sich feiner Sand, wenn nicht vorher abgetrennt, absetzen und nicht durch die Rohrleitungen abtransportiert werden. Die oberhalb oder seitlich angebrachten Rotations-Düsen am Kopf des Trichters, spülen das Produkt schonend und zuverlässig in das vorgeschlagene Rohr-System ein. Danach durchströmt das Produkt die gesamte Rohrlänge und wird zum Produkt-Auslass am Rohrsystem-Ende gefördert. Eine Wasserrutsche übergibt z. B. das Produkt auf ein Austrage-Band oder Vibrationssieb. Die flexible Kontakt- und Verweilzeit des Produkts im Röhrenwaschsystem ist beispielsweise zwischen 1 und 5 Minuten einstellbar durch die Strömungsgeschwindigkeit oder Länge des Rohrsystems. Das Rohrsystem ist modular aufgebaut und kann Platz sparend als Standard-Lösung oder auch als Anpassung in bestehende Waschlinien flexibel integriert werden. Alle Rohrleitungen sind mittels Verschraubungen zur mechanischen Reinigung einfach und schnell demontierbar. Ein Vorlauf und Nachlauf von behandeltem Trinkwasser mit 0,3 ppm Restchlor desinfiziert die Vorrichtung.
-
Eine bevorzugte Ausbildung ist ein Rohrsystem, das im Gleichstrom eine Entkeimung durchführt, wobei ein Produkt in einem bestimmten Verhältnis mit Wasser gemischt diese Vorrichtung durchströmt. Eine weitere Ausbildung die im Gegenstrom arbeitet ist eine offene Wanne unter-schiedlicher geometrischer Form bzw. Gestaltung. Hierbei werden in Opposition an zwei Seitenwänden Elektrodenbleche installiert, wobei allerdings eine Limitation aufgrund des Elektroden-Abstandes besteht, da bei einer bestimmten Leitfähigkeit des Mediums Wasser, bei bestimmter Strömung eine bestimmte Feldstärke erzeugt werden muss, damit diese die beschriebenen Wirkungen aufzeigt. Hierbei soll nach Möglichkeit eine Gleichspannung im Niedervoltbereich bis maximal 60 Volt angelegt werden, die periodisch die Polarität ändert. Die Wandstärken des eingesetzten Werkstoffes betragen je nach Wassertransport gewichtsabhängig 20 bis 30 mm. So kann z. B. eine Wanne aus Polypropylen diese Anforderungen in Bezug auf Biokompatibilität und Nichtleiter erfüllen, wobei dieser Werkstoff geschweisst wird und deutlich preiswerter ist als Edelstahl.
-
Der Transport im Gegenstrom erfolgt durch eingetauchte Transportbänder mit dem Waschgut entsprechenden Halterungen im Medium Wasser oder als Alternative eine Förderung ausserhalb der Waschflüssigkeit, für beispielsweise Hähnchen-Schlachtkörper durch Edelstahlaufhängungen oder Kunststoffnetze mit entsprechender Maschenweite für andere diverse Produkte.
-
Das im Gegenstrom eingesetzte Waschwasser wurde, wie vorher beschrieben, durch Elektrolyse behandelt und weist eine Depotwirkung auf, bei einer Konzentration von 0,1 bis 0,3 ppm aktivem Restchlorgehalt.
-
Die Strömungsgeschwindigkeit wird wie die Stromstärke, Abstand der Elektroden und Leitfähigkeit des Wassers an die das Produkt selbst und zu erwartende Keimreduktion angepasst.
-
Die bevorzugten Ausbildungen der Vorrichtung sind in den bis sichtbar und geben nur Grundzüge der Konstruktion wider.
-
Zeichnungserklärung
-
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
-
Zeichnung 1
-
Eine schematische Seitenansicht einer Waschmaschine gemäss einer Ausführungsform.
-
Zeichnung 2
-
Eine Darstellung von Zeichnung 1 Aufsicht von oben
-
Zeichnung 3
-
Eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Wanne in Trapezform
-
Zeichnung 4
-
Eine schematische Ausführungsform in Röhrenform
-
Zeichnung 5
-
Eine schematische Darstellung einer Waschmaschine in Röhrenform mit im Halbkreis integrierten Elektroden
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Wand aus Kunststoff z. B. Polypropylen
- 2
- Elektroden
- 3
- Waschgut-Eintrag
- 4
- Wasser-Eintrag
- 5
- Trichter
- 6
- Rohrleitung für Produkt- und Wasserführung
- 7
- Flansch
- 8
- Produkt- und Wasser-Ausfluss
